钢的热处理工艺设计
说明书
学生姓名
设计题目加工中心主轴
指导教师
系主任
完成日期年月日
前言
热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。通过热处理可以改变材料的加工工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。本课程设计是在《材料科学基础》﹑《金属热处理工艺学》﹑《失效分析》﹑《金属力学性能》等课程学习的基础上开设的，是理论与实践相结合的重要教学环节。通过该课程设计，可使学生在综合运用所学专业基础理论和专业知识能力方面得到训练，学会独立分析问题和解决问题的方法，提高工程意识和工程设计能力。
热处理工艺是整个机械加工过程种的一个重要环节，它与工件设计及其它加工工艺之间存在密切关系。如何实现工件设计时提出的几何形状和加工精度，满足设计时所要求的多种性能指标，热处理工艺制定的合理与否，有着至关重要的作用。
目录
前言
一．热处理工艺课程设计的目的 (5)
二．热处理工艺课程设计的任务 (5)
三．热处理工艺课程设计设计内容和步骤 (5)
3.1零部件简图，钢种和技术要求 (5)
3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析 (6)
3.3零部件用钢的分析 (6)
3.3.1 相关钢种化学成分的作用 (6)
3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析 (7)
3.3.3钢材的组织性能与各种热处理工艺的关系 (8)
3.4热处理工艺方案及工艺参数的论述 (11)
3.4.1零件的加工工艺路线及其简单论证 (11)
3.4.2锻造工艺曲线 (11)
3.4.3预备热处理工艺方案、工艺参数及其论证 (12)
3.4.4最终热处理工艺方案，工艺参数及论证 (12)
3.4.4.1 20CrMnMo的正火工艺 (12)
3.4.4.2 20CrMnMo的渗碳工艺 (14)
3.4.4.3 20CrMnMo的淬火工艺 (17)
3.4.4.4 20CrMnMo的回火工艺 (19)
3.4.4.5 总的热处理工艺曲线 (22)
3.4.5 辅助工序方案 (22)
四．选择加热设备 (22)
4.1 中温井式电阻炉 (22)
4.2 井式渗碳炉 (23)
五．工装图 (25)
六．工序质量检验项目、标准方法 (27)
七．热处理工艺过程中缺陷分析 (28)
7.1常见的渗碳缺陷 (28)
7.2常见的淬火缺陷 (29)
7.3常见的回火缺陷 (29)
八．心得体会 (30)
九．参考文献 (31)
一、热处理工艺课程设计的目的
1. 深入了解热处理课程的基本理论
2. 初步学会制定零部件的热处理工艺
3. 了解与本设计有关的新技术,新工艺
4. 设计尽量采用最新技术成就,并注意和具体实践相结合,是设计具有一定的先进性和实践性.
二、热处理工艺课程设计的设计任务
1. 编写设计说明书
2. 编制工序施工卡片
3. 绘制必要的工装图
三、热处理工艺课程设计内容和步骤
3.1零部件简图、钢种和技术要求
1.简图
2.钢种: 20CrMnMo
3.技术要求：
1.要求主轴头部144.4mm及尾部30mm处渗碳淬火，渗碳层深度
1.3~1.5mm；
2.硬度为60~65HRC.
3.2零部件的工作条件、破坏方式和性能要求的分析
1.零部件的工作条件
作为机床的传动件，主轴是传递动力的零件，传递着动力和各种负荷，它的前后端由于承受一定的扭转和摩擦力，它的合理选材直接影响整台车床的精度和使用寿命。
2.零部件的主要破坏方式
(1)受横向力并传递扭矩，承受交变弯曲应力和扭应力，常常发生疲劳断裂。
(2)承受一定的过载和冲击和载荷，产生过量弯曲变形，甚至发生折断或扭断。
(3)轴颈和花键等部位发生相对运动，承受较大的摩擦，轴颈表面产生过量的磨损。
3.零部件性能要求
主轴是机床上的传动力的零件，由于负荷不同，受力大小也不同，常承受弯曲，扭矩，冲击，同时受到在滑移和转动部位的摩擦作用。因此主轴的性能要求是高硬度，足够的韧性及疲劳强度，强度和形状畸变要求。
3.3零部件用钢的分析
3.3.1 相关钢种化学成分的作用
（1）20CrMnMo
表1. 20CrMnMo的化学成分
化学成分作用：
A. 碳（C）的影响
从铁碳平衡图中，我们能清楚的看到，钢随着含碳量的增加，钢的基本组织不同，而且在加热与冷却时，组织转变的温度也不相同。纯铁在加热与冷却过程中，仅发生晶格的变化（同素异形转变）。所以热处理时其机械性能几乎不发生影响。但是随着含碳量的增加，热处理将发生显著地作用。如亚共析钢随着含金量的增高，淬火后强度、硬度都有显著提高；同时含碳量的多少也确定了钢的热处理工艺。
B. 铬（Cr）的影响
铬为碳化物形成元素。它能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性；阻止晶粒长大，增加钢的淬透性，降低钢的临界冷却速度。因而，使钢在热处理时，退火、正火、淬火的加热温度有所提高。并使它在油中便能淬硬。但它降低了钢的马氏体点，因而增加了钢残余奥氏体量。使钢的奥氏体不稳定区域变为700-500℃和400-250℃。提高了钢的硬度和强度，增加了钢在高温回火时强度降低的抗力。
C. 钼（Mo）的影响
提高钢的淬透性，热强性，有二次硬化的作用，能降低回火脆性。
D. 硅（Si）的影响
Si能升高Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度增高。能增加奥氏体的稳定性，降低临界冷却速度，增加钢的淬透性很多，故能使Si合金钢在油中淬硬。
E. 锰（Mn）的影响
Mn为碳化物形成元素。他降低钢的Ac1和Ac3而使钢在热处理时的温度有所降低。增加奥氏体的稳定性，降低钢的临界冷却速度，同时增加钢的淬透性，但它使残余奥氏体量增加。可以减少钢在淬火时的变形和增加钢的强度和硬度。使钢的回火脆性与晶粒长大的作用增大。
F. 硫（S）的影响
硫在通常情况下也是有害元素。使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。硫对焊接性能也不利，降低耐腐蚀性。所以通常要求硫含量小于0.055%，优质钢要求小于0.040%。在钢中加入0.08-0.20%的硫，可以改善切削加工性，通常称易切削钢。
G. 铜(Cu)和镍(Ni)的影响
铜在合金钢中，使钢的Ac3下降。Ni能强化铁素体，降低钢的Ac1和Ac3点，从而使热处理时的退火、正火、淬火的加热温度有所降低。增加了奥氏体的稳定性，降低了钢的临界冷却速度，对钢的淬透性略有增加；但它降低了钢的马氏体点，增加了钢的残余奥氏体量。对钢的强度和硬度有所提高，但阻止晶粒长大的作用不明显。
3.3.2.相关钢种的热处理工艺性能分析
（1）20CrMnMo 热处理基本参数
